[发明专利]一种基于分布式光纤的高炉热风炉内衬侵蚀建模方法

权利要求书

1.一种基于分布式光纤的高炉热风炉内衬侵蚀建模方法，其步骤为：

步骤一、分布式光纤传感器接收分布式光纤产生的背向散射信号，通过双端单路解调法对接收信号进行解调，提取分布式光纤上各测量点的温度值；

步骤二、分布式光纤传感器结合风速传感器、温度传感器采集的热风炉外界环境风速、温度值，对采集到的温度数据进行补偿修正；

步骤三、分布式光纤传感器将修正后的温度数据通过工业以太网接口发送至侵蚀模型求解单元，并将修正后温度数据输送至显示及报警模块进行在线显示和异常报警提示；

步骤四、侵蚀模型求解单元采用有限元法求解热风炉炉体内侧边界实际形状及尺寸，在求解过程中，采用虚拟绝热内外边界修正法处理热风炉内衬侵蚀模型的边界问题；所述的虚拟绝热内外边界修正法具体过程为：

(a)利用热风炉炉壳及填料传热参数、热风炉炉壳及填料结构尺寸、热风炉内衬传热参数、热风炉内衬结构尺寸求解内衬传热微分方程；

(b)通过燃烧计算确定炉体内侧边界温度，采用设计图纸中热风炉炉体内侧尺寸作为内侧初始虚拟边界条件，将热风炉外侧定义为绝热边界条件，按照有限元法求解步骤一所得炉体传热方程，得炉体各个区域的温度分布；

(c)将计算出来的炉体表面温度与分布式光纤传感器输出的温度对比，如果其差值超过允许的误差范围，则对相应的炉体内侧尺寸进行修正，如此反复调整直至炉体表面的计算温度与分布式光纤测量值之差在允许范围内；最后将修正后的炉体内侧边界形状及尺寸输出，即得最终结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤的高炉热风炉内衬侵蚀建模方法，其特征在于：步骤一所述的双端单路解调法具体过程为：

1)控制分布式光纤传感器中的光路选择开关，使入射光从分布式光纤的始端进入，末端射出，得分布式光纤上各测量点的温度矩阵：

Γ1(T)=m·r(x1)+ϵ·v·ΔT+am·r(x2)+2ϵ·v·ΔT+a...m·r(xn)+ϵ·n·v·ΔT+a]]>

2)控制分布式光纤传感器中的光路选择开关，使入射光从分布式光纤的末端进入，始端射出，得分布式光纤上各测量点的温度矩阵：

Γ2(T)=m·r(x1)-ϵ·v·ΔT+am·r(x2)-2ϵ·v·ΔT+a...m·r(xn)-ϵ·n·v·ΔT+a]]>

上述两式中，m为光纤感温系数，ε为光纤长度修正系数，v为光在光纤中的传播速度，ΔT为光探测脉冲的宽度，r(x_n)为距始端位移为x_n米处的反斯托克斯光和斯托克斯光强度比，a为常数；

3)对步骤1)和2)所得温度矩阵作算数平均值，得：

Γ(T)=Γ1(T)+Γ2(T)2=m·r(x1)+am·r(x2)+a...m·r(xn)+a]]>

该温度矩阵为经过双端单路解调后得到的温度矩阵。